KR100369277B1 - Device and method to reduce power consumption in integrated semiconductor devices using a low power groggy mode - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 불필요한 노드 토글링(node-toggling)을 줄임으로써 전력 소비를 절감시키는 디바이스 및 방법이 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 회로가 비활성 상태에 있는 동안 회로의 입력을 전력 소비를 최소화하는 상태로 풀링(pulling)하는 풀업(pull-up) 또는 풀다운(pull-down) 트랜지스터를 이용함으로써 회로에서의 불필요한 노드 토글링을 감소시킨다. 회로 입력을 비활성 중에 높게 또는 낮게 유지함으로써, 해당 회로에서 노드 토글링이 제거되거나 감소된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 회로 내의 누설이 가장 큰 트랜지스터의 누설 전류에 비례하는 소정의 비활성 시간 이후에 그 회로로의 입력이 모두 풀링된다. 누설 전류에 비례하여 입력 풀링의 타이밍을 맞춤으로써, 풀링 그 자체로 인한 과잉 전력 손실 없이 전력 소비가 최소화된다.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, a device and method are provided that reduce power consumption by reducing unnecessary node-toggling. A preferred embodiment of the present invention utilizes a pull-up or pull-down transistor that pulls the input of the circuit to a state that minimizes power consumption while the circuit is inactive. Reduce unnecessary node toggling By keeping the circuit input high or low during inactivity, node toggling is removed or reduced in that circuit. In a preferred embodiment of the present invention, all inputs to the circuit are pulled after a predetermined inactivity time in which the leakage in the circuit is proportional to the leakage current of the transistor with the largest leakage. By timing input pulling in proportion to leakage current, power consumption is minimized without the excess power loss due to pooling itself.
Description
관련 출원Related Applications
본 출원은 1998년 7월 21일에 출원된 딘(Dean)등에 의한 "LOW POWERING APPARATUS FOR AUTOMATIC REDUCTION OF POWER IN ACTIVE AND STANDBY MODES" 라는 명칭의 미국 특허 출원 제 09/120,211 호(출원인 참조 번호 BU9-97-220)의 일부 계속 출원이며, 본건과 함께 출원되어 있는 딘(Dean)등에 의한 "ASIC LOW POWER ACTIVITY DETECTOR TO CHANGE THRESHOLD VOLTAGE" 라는 명칭의 미국 특허 출원 제 09/159,898호(출원인 참조 번호 BU9-97-204)와 관련되어 있다. 이 두 관련 출원은 등록된 본 양수인에게 양도되어 있으며 본 명세서에서 참조로서 인용된다.This application is issued to U.S. Patent Application Serial No. 09 / 120,211 entitled "LOW POWERING APPARATUS FOR AUTOMATIC REDUCTION OF POWER IN ACTIVE AND STANDBY MODES" by Dean et al. US Patent Application No. 09 / 159,898 entitled "ASIC LOW POWER ACTIVITY DETECTOR TO CHANGE THRESHOLD VOLTAGE" by Dean et al. 97-204). These two related applications are assigned to this registered assignee and are incorporated herein by reference.
본 발명은 반도체 디바이스(device)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 디바이스에서의 전력 절감에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to power savings in semiconductor devices.
현재 전세계적으로 전자 산업이 크게 번창하게 된 것은 많은 부분 집적 회로 반도체 디바이스에 기인한 바 크다. 집적 반도체 디바이스는 오늘날의 거의 모든 디바이스에서 설계되고 사용되고 있다. 많은 응용예에서 전력 소비는 여러 이유로 인해 매우 중대한 주제가 되고 있다. 예를 들어, 무선 전화와 같은 휴대용 디바이스에 있어서, 전지 수명 및 전지 크기는 설계 상의 주 관심사이다. 소비자는 단 한번의 전지 충전으로 가능한 한 오랫동안 작동하는 휴대용 전자 디바이스를 원하며, 또한 전지를 포함한 디바이스가 가능한 한 소형이고 휴대가 간편하기를 원한다. 따라서, 전지 수명이 연장되고/되거나 전지의 크기가 작아질 수 있도록 디바이스의 전력 소비를 줄이는 것이 절실하게 요구된다.The electronics industry is now prospering worldwide because of the large number of partially integrated circuit semiconductor devices. Integrated semiconductor devices are designed and used in almost all devices today. In many applications, power consumption is a very important topic for several reasons. For example, in portable devices such as cordless phones, battery life and battery size are major design concerns. Consumers want portable electronic devices that operate as long as possible with a single battery charge, and also want devices including batteries to be as small and portable as possible. Therefore, there is an urgent need to reduce the power consumption of the device so that battery life can be extended and / or the size of the battery small.
다른 응용예에서는 전력 소비가 디바이스에 의해 발생된 열의 양에 직접 관련되기 때문에 극히 중요하다. 더 많은 전력을 소비하는 반도체 디바이스가 더 많은 열을 생성한다. 열 민감도가 극히 중요한 요소인 응용예에서, 전력 소비를 줄이면 디바이스에 의해 발생되는 열이 줄어든다.In other applications, power consumption is extremely important because it is directly related to the amount of heat generated by the device. Semiconductor devices that consume more power generate more heat. In applications where thermal sensitivity is extremely important, reducing power consumption reduces the heat generated by the device.
저 전력 소비를 달성하기 위해, 많은 휴대용 시스템은 비활성 상태에 있는 동안의 전력 소비를 줄이는 휴면 모드(sleep mode) 또는 대기 모드(standby mode)를 갖고 있다. 이 종래 기술에 의한 휴면 모드에서, 시스템의 소정 부분에는 전원이 차단되고 다른 부분은 감소된 클럭 주파수로 동작한다. 시스템의 비핵심적인 부분은 끄고 시스템의 나머지 부분은 감소된 클럭 주파수로 동작시킴으로써 비활성 중의 전력 소비가 줄어든다. 그 다음, 기동 입력 자극이 감지되면, 클럭 주파수가 다시 정상 속도(full-speed)로 복귀하고 시스템의 이전에 꺼졌던 부분에 전원이 다시 인가된다.To achieve low power consumption, many portable systems have a sleep mode or standby mode that reduces power consumption while inactive. In this prior art sleep mode, some parts of the system are powered down while others operate at reduced clock frequencies. Power consumption during inactivity is reduced by turning off the non-core parts of the system and operating the rest of the system at a reduced clock frequency. Then, when a start input stimulus is detected, the clock frequency returns to full-speed again and power is reapplied to the previously off portion of the system.
이들 시스템이 비활동 중의 전력 소비를 줄이기는 하지만, 이들 시스템 또한 몇몇 단점을 지닌다. 이들 단점 중 하나는 시스템이 휴면 기능으로부터 정상 기능(full functionality)을 복구하는 데 시간 지연이 있다는 점이다. 구체적으로, 휴면 모드 중에는 시스템의 일정 부분이 실질적으로 꺼져 있는 상태이기 때문에, 시스템은 정상 기능이 요구되는 경우에 즉시 응할 수 없다. 그 대신에, 시스템이 휴면 모드중에 꺼져 있던 부분을 켜고, 모든 필요한 데이터를 이전에 꺼져 있던 시스템의 일정 부분에 로딩하거나 그 일정 부분으로부터 언로딩(unloading)한 후에야 시스템의 정상 기능이 복구된다. 휴면 기능으로부터 정상 기능으로 복구되는 데 필요한 이 지연 시간 때문에 기동 입력의 인가시 즉각적인 기능이 요구되는 시스템에는 휴면 모드가 사용될 수 없다.Although these systems reduce power consumption during inactivity, these systems also have some disadvantages. One of these drawbacks is that there is a time delay for the system to recover full functionality from sleep function. Specifically, since some parts of the system are in a substantially off state during sleep mode, the system cannot respond immediately if normal function is required. Instead, the system's normal functioning is restored only after the system is turned on during sleep mode, and all required data is loaded into or unloaded from the previously turned off part of the system. Because of this delay time needed to recover from sleep function to normal function, sleep mode cannot be used in systems where immediate function is required upon activation of the start input.
따라서, 정상 기능으로 즉각적으로 활성화될 수 있는 능력을 유지하면서도 비활성 중의 전력 소비를 줄여 전력 소비를 감소시킬 필요가 있다.Thus, there is a need to reduce power consumption by reducing power consumption during inactivity while maintaining the ability to be immediately activated to normal function.
본 발명에 따르면, 정상 기능을 유지하면서도 전력 소비를 줄이는 디바이스 및 방법이 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 디바이스 또는 디바이스의 일정 부분이 반휴면 모드(groggy mode)로 있게됨으로써 전력 소비가 줄어든다. 바람직한 반휴면 모드는 동작 클럭 속도를 감소시키는 단계와 그후 소스-대-바디(source-to-body) 전압 바이어스를 증가시키는 단계를 포함한다. 소스-대-바디 전압 바이어스를 증가시키면 집적 회로 디바이스 트랜지스터의 서브-스레드홀드(sub-threshold) 전류가 감소되어, 감소된 동작 클럭 속도로 정상 기능을 유지하면서도 비활성 상태에 있는 동안의 전력 소비를 크게 줄일 수 있다. 반휴면 모드의 디바이스는 다시 필요한 경우, 감소된 동작 클럭 속도로 기동 입력에 즉각적으로 반응할 수 있다. 이 경우, 소스-대-바디 전압 바이어스는 감소되고 클럭 속도는 정상 동작 레벨로 증가된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 비활성 디바이스는 감소된 속도로 정상 기능을 유지하면서도 전력을 덜 소모하는 반휴면 모드에 들어간다. 따라서 이 디바이스는 필요할 경우 다시 즉각적으로 반응하는 능력을 보유하며 정상 동작 속도로 신속히 되돌아 갈 수 있다.According to the present invention, a device and method for reducing power consumption while maintaining normal function are provided. In a preferred embodiment of the present invention the power consumption is reduced by having the device or a portion of the device in a groggy mode. Preferred half-sleep modes include reducing the operating clock speed and then increasing the source-to-body voltage bias. Increasing the source-to-body voltage bias reduces the sub-threshold current of the integrated circuit device transistors, greatly reducing power consumption during inactivity while maintaining normal functionality at a reduced operating clock rate. Can be reduced. The device in half-sleep mode can react immediately to the start input at a reduced operating clock rate if needed again. In this case, the source-to-body voltage bias is reduced and the clock speed is increased to normal operating level. Thus, in a preferred embodiment of the present invention, the inactive device enters a half-sleep mode that consumes less power while maintaining normal function at a reduced rate. As a result, the device has the ability to react immediately when needed and can quickly return to normal operating speed.
본 발명의 전술한 특징 및 장점 또는 다른 특징 및 장점은 첨부하는 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 보다 구체적인 설명으로부터 명확해질 것이다.The above and other features and advantages of the present invention will become apparent from the more detailed description of the preferred embodiments of the present invention as shown in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 로직 회로를 반휴면 모드로 설정하거가 반휴면 모드로부터 설정 해제하는 로직 회로 및 메커니즘의 개략도,1 is a schematic diagram of a logic circuit and mechanism for setting a logic circuit in a half-sleep mode or unsetting from a half-sleep mode in accordance with one preferred embodiment of the present invention;
도 2는 소스-대-바디 바이어스를 도시하는 예시적인 n 및 p 채널 트랜지스터의 개략도,2 is a schematic diagram of an example n and p channel transistor showing a source-to-body bias;
도 3은 소스-대-바디 바이어스가 0 mV 및 300 mV일 경우의 게이트 전압에 대한 n 채널 트랜지스터의 드레인 전류를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the drain current of an n-channel transistor against the gate voltage when the source-to-body bias is 0 mV and 300 mV;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예시적인 n 채널 및 p 채널 트랜지스터의 단면도.4 is a cross-sectional view of an exemplary n-channel and p-channel transistor in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
102: 회로 104: 천이 감지기102: circuit 104: transition detector
106: 활성 상태 입력부 108: OR 게이트106: active state input 108: OR gate
110: 펄스 신장기 112, 126: 래치110: pulse stretcher 112, 126: latch
114, 122: 인버터 116, 124: 단일 쇼트114, 122: Inverter 116, 124: Single short
118, 120: 지연기 128: 전압 조정기118, 120: delay 128: voltage regulator
130: 2-속도 클럭130: 2-speed clock
본 발명의 바람직한 실시예를 동일한 참조 부호가 동일한 구성 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 설명할 것이다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements.
본 발명에 따르면, 정상 기능을 유지하면서도 전력 소비를 줄이는 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 디바이스 또는 디바이스의 일정 부분이 비활성 상태에 있는 동안 반휴면 모드(groggy mode)가 됨으로써 전력 소비가 줄어든다. 바람직한 반휴면 모드는 동작 클럭 속도를 감소시키는 단계와 그후 소스-대-바디 전압 바이어스를 증가시키는 단계를 포함한다. 소스-대-바디 전압 바이어스를 증가시키면 디바이스 트랜지스터의 서브-스레드홀드(sub-threshold) 전류가 감소되어, 감소된 동작 클럭 속도로 정상 기능을 유지하면서도 비활성 상태에 있는 동안의 대기 전력 소비를 크게 줄일 수 있다. 반휴면 모드의 디바이스가 다시 동작 모드로 될 경우, 그것은 감소된 동작 클럭 속도에서 입력 자극에 즉시 응답할 수 있다. 이 경우, 소스-대-바디 전압 바이어스는 감소되고 클럭 속도는 정상 동작 레벨로 증가된다.According to the present invention, an apparatus and method for reducing power consumption while maintaining normal function are provided. In a preferred embodiment of the present invention, power consumption is reduced by entering a groggy mode while the device or a portion of the device is in an inactive state. Preferred half-sleep modes include reducing the operating clock speed and then increasing the source-to-body voltage bias. Increasing the source-to-body voltage bias reduces the device transistor's sub-threshold current, significantly reducing standby power consumption while inactive while maintaining normal functionality at a reduced operating clock rate. Can be. When a device in half-sleep mode goes back to operating mode, it can immediately respond to an input stimulus at a reduced operating clock rate. In this case, the source-to-body voltage bias is reduced and the clock speed is increased to normal operating level.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시스템(100)이 예시되어 있다. 시스템(100)은 회로(102)와 회로(102)를 반휴면 모드로 설정하거나 반휴면 모드로부터 설정 해제하기 위한 반휴면 모드 메커니즘을 포함한다. 반휴면 모드 메커니즘은 천이 감지기(104), 활성 상태 입력(activity input)부(106), OR 게이트(108), 펄스 신장기(110), 인버터(114, 122), 단일 쇼트(single shot)(116, 124), 지연기(118, 120), 래치(112, 126), 전압 조정기(128), 2-속도 클럭(two speed clock)(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a system 100 in accordance with a preferred embodiment of the present invention is illustrated. System 100 includes a half dormant mode mechanism for putting circuit 102 and circuit 102 in or out of half dormant mode. The half-sleep mode mechanism includes a transition detector 104, an activity input 106, an OR gate 108, a pulse stretcher 110, inverters 114 and 122, a single shot 116. 124, delays 118 and 120, latches 112 and 126, voltage regulator 128, and two speed clock 130.
시스템(100)의 전반적인 동작은 다음과 같다. 천이 감지기(104), 활성 상태 입력부(106), OR 게이트(108), 펄스 신장기(110)는 활성으로의 신호 천이를 감지하여 회로(102)의 반휴면 모드가 해제되게 하고, 소정의 기간 동안 비활성일 경우 반휴면 모드로 회로(102)를 복귀시키는 신호를 제공한다. 전압 조정기(128)는 회로(102) 내의 트랜지스터의 소스-대-바디 바이어스를 변화시키는데, 비활성 중에 바이어스를 증가시켜 서브-스레드홀드 전류 손실을 줄인다. 2-속도 클럭(130)은 회로(102)의 클럭 속도를 조절하여 회로(102)가 반휴면 모드로 들어가면 클럭 속도를 감소시키고 활동성이 높은 주기에는 정상 속도로 증가시킨다. 인버터(114, 122), 단일 쇼트(116, 124), 지연기(118, 120), 래치(112, 126)는 동작의 순서를 제어한다. 구체적으로, 회로(102)가 반휴면 모드로 들어가면, 이들에 의해 소스-대-바디 바이어스가 증가되기 전에 클럭 속도가 먼저 저하하게 된다. 이와 마찬가지로, 회로의 반휴면 모드가 해제되면, 이들에 의해 클럭 속도가 정규 속도로 증가되기 전에 소스-대-바디 바이어스가 먼저 감소된다.The overall operation of the system 100 is as follows. Transition detector 104, active state input 106, OR gate 108, pulse stretcher 110 sense the signal transition to active to cause the half-sleep mode of circuit 102 to be released and for a predetermined period of time. When inactive, provides a signal to return circuit 102 to half-sleep mode. Voltage regulator 128 changes the source-to-body bias of the transistors in circuit 102, increasing the bias during inactivity to reduce sub-threaded current loss. The two-speed clock 130 adjusts the clock speed of the circuit 102 to reduce the clock speed when the circuit 102 enters a half-sleep mode and to increase to a normal speed during periods of high activity. Inverters 114 and 122, single shots 116 and 124, delayers 118 and 120, and latches 112 and 126 control the sequence of operations. Specifically, when circuit 102 enters a half dormant mode, they cause the clock speed to lower first before the source-to-body bias is increased. Similarly, when the half-sleep mode of the circuit is released, they first reduce the source-to-body bias before the clock speed is increased to normal speed.
회로(102)는 비활성 상태에 있는 동안 전력 절감이 바람직하면서도 정상 기능이 즉각적으로 이용 가능해야 하는 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 이와 같이 회로(102)는 시스템 칩, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 응용 주문형 집적 회로(application specific integrated circuits: ASIC), 디지털 신호 처리기(digital signal processor: DSP), 또는 전력 소비 및 즉각적인 기능이 중요한 요소인 디바이스에 사용되는 임의의 다른 회로를 포함할 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예는 휴대폰, 개인용 정보 단말기(personal digital assistant: PDA) 및 그 상호 작용이 통상 사용자가 즉각적인 정상 기능을 필요로 하거나 원하는 활발한 활성 상태에 의해 중단되는 긴 비활성 주기를 특징으로 하는 다른 디바이스와 같이 전지를 전원으로 하는 전원 장비에 특히 적용 가능하다.The circuit 102 may include any type of device for which power savings are desired while in the inactive state, while normal functionality should be readily available. As such, the circuit 102 may be a system chip, microprocessor, microcontroller, application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), or power consumption and immediate functionality. It can include any other circuitry used in the device. Thus, a preferred embodiment of the present invention is characterized by a long period of inactivity in which cellular phones, personal digital assistants (PDAs) and their interactions are normally interrupted by active active states where the user needs immediate normal function or desires. It is particularly applicable to battery-powered equipment like other devices.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 회로(102) 내의 트랜지스터의 소스-대-바디 전압을 조절하고, 회로(102)의 클럭 속도를 조절함으로써 회로(102)는 반휴면 모드로 들어가거나 반휴면 모드로부터 빠져 나오게 된다. 도 2를 참조하면, 두 개의 예시적인 p 채널 트랜지스터(202, 204) 및 두 개의 예시적인 n 채널 트랜지스터(206, 208)가 개략적으로 도시되어 있다. 대부분의 통상적인 CMOS 회로에서, n 채널 및 p 채널 디바이스의 소스-대-바디 전압 바이어스는 0이다. 전형적으로, 모든 n 채널 트랜지스터의 바디는 그 소스 및 Vss에 직접 연결되어 있는 반면, 모든 p 채널 트랜지스터의 바디는 그 소스 및 Vdd에 직접 연결되어 있다. 이것은 p 채널 트랜지스터(202) 및 n 채널 트랜지스터(206)에 예시되어 있다.In a preferred embodiment of the present invention, by adjusting the source-to-body voltage of the transistors in circuit 102 and adjusting the clock speed of circuit 102, circuit 102 enters or enters a half-sleep mode. Get out of it. Referring to FIG. 2, two exemplary p-channel transistors 202 and 204 and two exemplary n-channel transistors 206 and 208 are schematically illustrated. In most conventional CMOS circuits, the source-to-body voltage bias of n- and p-channel devices is zero. Typically, the body of every n-channel transistor is directly connected to its source and V ss , while the body of every p-channel transistor is directly connected to its source and V dd . This is illustrated for the p channel transistor 202 and the n channel transistor 206.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 회로(102)의 트랜지스터는 정규 모드(즉, 소스-대-바디 바이어스(VSB)가 0임)와 그리고 반휴면 모드(즉, 소스-대-바디 바이어스(VSB)가 증가됨)에서 동작할 수 있게끔 배선되어 있다. 반휴면 모드에서, 소스-대-바디 전압(VSB)이 증가되어 비활성 기간에 전력 소비를 적게 한다. 이것은 p 채널 트랜지스터(204) 및 n 채널 트랜지스터(208)로 예시되어 있다. p 채널 트랜지스터에서 바디 및 소스를 함께 Vdd에 연결시키는 대신에, 바디를 Vt_p에 접속시켜 바디가 비활성 기간에 Vdd보다 소정의 양만큼 높은 전압에서 구동될 수 있도록 한다. 도 2에 도시한 예에서, p 채널 트랜지스터(204)의 바디는 Vdd이상인 300 mV 높은 전압으로 구동되며, 따라서 VSB는 -300 mV가 된다. 마찬가지로, n 채널 트랜지스터에서 바디 및 소스를 함께 VSS에 연결시키는 대신에, 바디를 Vt_n에 접속시켜 비활성 기간에 VSS보다 소정의 양만큼 낮은 전압에서 구동될 수 있도록 한다. 도 2에 도시한 예에서, 바디는 VSS보다 300 mV 낮은 전압으로 구동되며 따라서 VSB는 300 mV가 된다. 바디와 소스 사이의 바이어스를 증가시킴으로써, 트랜지스터의 서브-스레드홀드 전류는 비활성 기간에 크게 감소한다.In a preferred embodiment of the present invention, the transistors in circuit 102 are in normal mode (ie, source-to-body bias (V SB ) is zero) and half-sleep mode (ie, source-to-body bias (V). SB ) is wired up so that it can operate in the In half-sleep mode, the source-to-body voltage (V SB ) is increased to reduce power consumption during periods of inactivity. This is illustrated with p-channel transistor 204 and n-channel transistor 208. Instead of connecting the body and source together to V dd in the p-channel transistor, the body is connected to V t_p so that the body can be driven at a voltage higher than V dd by a predetermined amount in the period of inactivity. In the example shown in FIG. 2, the body of the p-channel transistor 204 is driven at a voltage of 300 mV high that is greater than or equal to V dd , thus V SB becomes -300 mV. Similarly, instead of connecting the body and source together to V SS in the n-channel transistor, the body is connected to V t_n so that it can be driven at a predetermined amount lower than V SS in the inactive period. In the example shown in FIG. 2, the body is driven at a voltage 300 mV lower than V SS and thus V SB becomes 300 mV. By increasing the bias between the body and the source, the transistor's sub-threshold current is greatly reduced in the period of inactivity.
활성 주기 중에, Vt_p는 Vdd로 설정될 수 있어서 p 채널 트랜지스터가 정상 속도로 동작할 수 있도록 VSB는 0이 된다. 이와 유사하게, Vt_n은 VSS로 설정될 수 있어서 n 채널 트랜지스터가 정상 속도로 동작할 수 있도록 VSB는 0이 된다.During the active period, V t_p can be set to V dd so that V SB becomes zero so that the p-channel transistors can operate at normal speed. Similarly, V t_n can be set to V SS so that V SB becomes zero so that the n channel transistor can operate at normal speed.
비활성 기간에에 바디와 소스 사이에 인가되는 바이어스의 양(VSB)은 여러 가지 요소를 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 반휴면 모드가 해제될 때 걸리는 시간과 서브-스레드홀드 전류의 감소분을 고려하여 VSB를 증가시키는 것이 바람직하다. 일예로, 300 mV의 바람직한 VSB는 전형적으로 반휴면 모드로부터 빠져나오는 데 걸리는 시간을 과도하게 증가시키지 않고도 서브-스레드홀드 전류를 약 100분의 1 정도로 감소시킬 수 있을 것이다.The amount of bias (V SB ) applied between the body and the source during the inactive period is preferably selected in consideration of various factors. Typically, it is desirable to increase V SB taking into account the time taken when the half-sleep mode is released and the decrease in sub-threadhold current. As an example, a preferred V SB of 300 mV will typically reduce the sub-threaded current by about one hundredth without excessively increasing the time it takes to exit from the half-sleep mode.
도 3을 참조하면, 그래프는 소스-대-바디 바이어스가 0 mV와 300 mV인 예시적 트랜지스터에서의 게이트 전압(VG)에 대한 n 채널 드레인 전류(ID)를 나타낸다. 이 그래프는 소스-대-바디 바이어스가 증가함에 따라 전체 동작 범위에 걸쳐 어떻게 드레인 전류가 감소하는지를 나타낸다. 곡선의 위쪽 부분(ID가 10-6보다 큰 부분)은 트랜지스터가 활성 또는 온(on)일 때의 드레인 전류를 도시한다. 곡선의 아래쪽 부분(ID가 10-6보다 작은 부분)은 트랜지스터가 비활성 또는 오프(off)일 때의 드레인 전류를 도시한다. 오프 상태에서 트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 일반적으로 서브-스레드홀드 전류로 지칭된다. 집적 회로 디바이스 내의 모든 트랜지스터에는 비활성 기간에 어느 정도의 서브-스레드홀드 전류가 흐른다. 서브-스레드홀드 전류는 전형적으로 트랜지스터가 온일 때 흐르는 전류 보다 몇 백배 작다. 서브-스레드홀드 전류는 많은 응용 분야에서 고려하지 않아도 될 정도로 충분히 작다. 그러나, 소형의 전지를 전원으로 하는 디바이스와 같은 몇몇 응용예에서는, 각 트랜지스터에 의해 소실되는 서브-스레드홀드 전류의 축적은 비활성 기간에 심각한 전력 소모를 가져오게 된다.Referring to FIG. 3, the graph shows the n channel drain current I D versus the gate voltage V G in an example transistor with a source-to-body bias of 0 mV and 300 mV. This graph shows how the drain current decreases over the entire operating range as the source-to-body bias increases. The upper part of the curve (part where I D is greater than 10 −6 ) shows the drain current when the transistor is active or on. The lower part of the curve (the part where I D is less than 10 −6 ) shows the drain current when the transistor is inactive or off. The current flowing through the transistor in the off state is generally referred to as sub-threaded current. All transistors in an integrated circuit device have some amount of sub-threaded current flowing in the period of inactivity. The sub-threadhold current is typically several hundred times smaller than the current flowing when the transistor is on. The sub-threaded current is small enough not to be considered in many applications. However, in some applications, such as small cell powered devices, the accumulation of sub-threaded currents lost by each transistor results in significant power consumption during periods of inactivity.
도 3에 도시한 바와 같이, VSB를 증가시킴으로써 트랜지스터는 반휴면 모드로 들어가고 서브-스레드홀드 전류는 비활성 기간에 크게 줄어든다. 도 3에 n 채널 드레인 전류가 VSB=0 mV 및 VSB=300 mV인 경우에 대해 도시되어 있다. 이 예에서, VSB=300 mV인 트랜지스터 대한 드레인 전류, 특히 서브-스레드홀드 전류는 약 100 배 정도 감소한다. 이에 따라, 비활성 기간에 전력 소비가 크게 감소하게 된다.As shown in FIG. 3, by increasing V SB , the transistor enters half-sleep mode and the sub-threadhold current is greatly reduced in the inactive period. 3 shows the case where the n channel drain current is V SB = 0 mV and V SB = 300 mV. In this example, the drain current, in particular the sub-threshold current, for the transistor with V SB = 300 mV is reduced by about 100 times. Accordingly, power consumption is greatly reduced in the inactive period.
다시 도 1을 참조하면, 바람직한 반휴면 모드 메커니즘은 회로(102) 내의 트랜지스터의 소스-대-바디 전압을 조절하고 회로(102)의 클럭 속도를 조절함으로써 회로(102)를 반휴면 모드로 들어가게 하기도 하고 반휴면 모드로부터 빠져 나오게 하기도 한다. 정상 모드에서 VSB=0 mV이며 트랜지스터가 정상 속도로 동작하도록 2-속도 클럭(130)이 설정된다. 반휴면 모드에서, n 및 p 디바이스 내의 VSB가 증가하여 훨씬 낮은 서브-스레드홀드 전류를 소비하고 2-속도 클럭(130)이 더 낮은 속도에서 동작하도록 설정된다.Referring again to FIG. 1, the preferred half-sleep mode mechanism may cause circuit 102 to enter half-sleep mode by adjusting the source-to-body voltage of the transistors in circuit 102 and by adjusting the clock speed of circuit 102. It can also be used to get out of half-sleep mode. In the normal mode, V SB = 0 mV and the two-speed clock 130 is set to operate the transistor at normal speed. In half dormant mode, V SB in the n and p devices increases, consuming much lower sub-threaded current and the two-speed clock 130 is set to operate at lower speeds.
천이 감지기(104)는 회로(102)의 소정 출력을 모니터(moniter)하도록 접속되어 있다. 바람직하게는, 천이 감지기(104)는 회로(102)가 반휴면 모드로부터 빠져나오는 게 바람직한 회로(102) 상의 활성 상태를 나타내는 신호 천이를 갖는 출력에 접속된다. 천이 감지기(104)의 출력은 OR 게이트(108)를 경유하여 펄스 신장기(110)로 접속된다. 이에 따라, 신호 천이가 임의의 천이 감지기(104)에 의해 감지되면 펄스 신장기(110)는 OR 게이트(108)를 통해 세트 입력을 수신한다.The transition detector 104 is connected to monitor a predetermined output of the circuit 102. Preferably, transition detector 104 is connected to an output having a signal transition indicative of an active state on circuit 102 where circuit 102 preferably exits half-sleep mode. The output of the transition detector 104 is connected to the pulse stretcher 110 via an OR gate 108. Accordingly, the pulse stretcher 110 receives the set input through the OR gate 108 when the signal transition is detected by any transition detector 104.
천이 감지기(104)로 회로(102)의 출력을 모니터하는 것에 부가하여, 하나 이상의 활성 상태 입력(106) 또한 OR 게이트(108)를 통해 펄스 신장기(110)에 접속될 수 있다. 활성 상태 입력(106)은 회로(102)를 반휴면 모드로부터 빠져 나오게 하는 것이 바람직한 활성 상태를 나타내는 임의의 신호 유형을 포함할 수 있다. 이와 같이, 활성 상태 입력부(106)는 메모리 액세스 신호, 제어 신호, 데이터 유효 신호, 또는 특정 응용예에서의 앞으로의 활성 상태를 나타내는 임의의 다른 신호를 포함할 수 있다.In addition to monitoring the output of the circuit 102 with the transition detector 104, one or more active state inputs 106 may also be connected to the pulse stretcher 110 through the OR gate 108. Active state input 106 may include any signal type that indicates an active state in which circuit 102 is desired to exit from half-sleep mode. As such, active state input 106 may include a memory access signal, a control signal, a data valid signal, or any other signal indicative of a future active state in a particular application.
따라서, (천이 감지기(104)의 출력 또는 활성 상태 입력부(106)로부터) 회로(102) 내의 활성 상태를 나타내는 천이가 발생하면, 펄스 신장기(110)는 OR 게이트(108)를 통해 세트(set) 입력을 수신한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 신장기(110)는 OR 게이트(108)의 출력 펄스의 선단으로부터 시작하여 소정의 시간 주기에 걸쳐 그 출력 펄스의 폭을 연장시킨다. 따라서 펄스 신장기(110)의 출력은 활성 상태를 나타내는 신호 천이가 존재할 때마다 소정의 시간 동안 활성 상태일 것이다. 펄스 신장기(110)가 활성 신호를 연장시키는 시간의 양은 구체적인 응용예에 따라 달라질 것이다. 구체적으로, 연장 시간의 양은 매우 짧은 비활성 주기(예를 들어 하나의 비활성 클럭 사이클)가 빈번히 발생하는 동안 회로(102)가 반휴면 모드로 들어가지 않게 신호를 충분히 길게 연장하도록 선택될 것이다. 역으로, 연장 시간의 양이 너무 커서 정상 모드에서 회로(102)를 너무 오랫동안 동작시킴으로써 전력을 낭비하도록 연장 시간이 선택되지는 않을 것이다. 예를 들면, 펄스 신장기(110)에 의해 10 내지 100 클럭 사이클 사이에서 신호가 연장되는 것이 일반적으로 바람직하다.Thus, if a transition occurs that represents an active state in the circuit 102 (from the output of the transition detector 104 or the active state input 106), the pulse stretcher 110 is set via the OR gate 108. Receive the input. In a preferred embodiment of the present invention, pulse stretcher 110 extends the width of the output pulse over a predetermined time period, starting from the leading end of the output pulse of OR gate 108. Thus, the output of pulse stretcher 110 will be active for a predetermined time whenever there is a signal transition indicative of an active state. The amount of time the pulse stretcher 110 extends the active signal will vary depending on the particular application. Specifically, the amount of extension time will be chosen to extend the signal long enough so that the circuit 102 does not enter the half-sleep mode during very short periods of inactivity (eg one inactivity clock cycle). Conversely, the amount of extension time is so great that the extension time will not be chosen to waste power by operating circuit 102 too long in normal mode. For example, it is generally desirable to extend the signal between 10 and 100 clock cycles by the pulse stretcher 110.
펄스 신장기(110)의 출력은 회로(102)가 반휴면 모드에 있는지 또는 정상 모드에 있는지를 제어한다. 펄스 신장기(110)이 출력이 로우(low)가 되면, 회로(102)의 클럭 속도는 2-속도 클럭(130)에 의해 보다 낮은 속도로 감소된 후, 전압 조정기(128)에 의해 회로(102) 내의 소스-대-바디 바이어스가 증가됨으로써 회로(102)가 반휴면 모드로 들어간다. 펄스 신장기(110)의 출력이 하이(high)가 되면, 전압 조정기(128)에 의해 회로(102) 내의 트랜지스터의 소스-대-바디 바이어스가 감소된 후, 회로(102)의 클럭 속도가 2-속도 클럭(130)에 의해 정상 동작 속도로 변경된다.The output of pulse stretcher 110 controls whether circuit 102 is in half-sleep mode or normal mode. When the pulse stretcher 110 goes low in output, the clock speed of the circuit 102 is reduced to a lower speed by the two-speed clock 130 and then the circuit 102 by the voltage regulator 128. Increasing the source-to-body bias in c) causes circuit 102 to enter half-sleep mode. When the output of the pulse stretcher 110 becomes high, after the source-to-body bias of the transistors in the circuit 102 is reduced by the voltage regulator 128, the clock speed of the circuit 102 is 2- The speed clock 130 is changed to the normal operating speed.
구체적으로, 펄스 신장기(110)의 출력이 하이(high)가 되면, 전압 조정기(128)가 회로(102) 내의 n 채널 및 p 채널 트랜지스터 모두에 대해 소스-대-바디 바이어스를 0으로 감소시키도록 래치(112)가 세트된다. 이것은 바람직하게는 Vdd와 동일한 전압 Vt_p를 p 채널 디바이스 바디에 제공하고 VSS와 동일한 전압 Vt_n을 n 채널 디바이스 바디에 제공함으로써 수행된다. 펄스 신장기(110) 출력은 단일 쇼트(124) 및 지연기(120)를 통과한 후에 래치(126)를 세트하여 2-속도 클럭이 정상적인 높은 속도로 동작하게 변경시킨다. 이 지연기(120)는 소스-대-바디 바이어스가 0으로 안정화된 후에야 2-속도 클럭(130)이 고속으로 스위칭되는 것을 보장하도록 바람직하게 제공된다. 이에 따라 고속 클럭이 활성화되기 전에 회로(102) 내의 트랜지스터가 고속으로 동작할 수 있는 능력을 갖게 된다. 단일 쇼트(116)는 바람직하게 지연 경로에 포함되어 펄스 신장기(110)로부터의 후속 펄스와 간섭하지 않을 잘 정의된 짧은 리세트(reset) 펄스를 래치(112)에 제공한다. 바람직하게는 회로(102) 동작이 처음의 몇 사이클에서만 보다 저속으로 이루어지며, 이것은 전형적으로 어떠한 사용자도 감지할 수 없을 것이라는 점에 주목해야 한다.Specifically, when the output of pulse stretcher 110 becomes high, voltage regulator 128 causes the source-to-body bias to decrease to zero for both n-channel and p-channel transistors in circuit 102. The latch 112 is set. This is preferably done by providing a voltage V t_p equal to V dd to the p channel device body and a voltage V t_n equal to V SS to the n channel device body. The pulse stretcher 110 output passes through a single short 124 and a delay 120 to set the latch 126 to change the two-speed clock to operate at normal high speed. This delay 120 is preferably provided to ensure that the two-speed clock 130 switches at high speed only after the source-to-body bias has stabilized to zero. This gives the transistor in circuit 102 the ability to operate at high speed before the high speed clock is activated. The single short 116 is preferably included in the delay path to provide the latch 112 with a well defined short reset pulse that will not interfere with subsequent pulses from the pulse stretcher 110. It should be noted that preferably the circuit 102 operation is slower only in the first few cycles, which typically will not be detectable by any user.
회로(102)가 소정의 시간 동안 비활성 상태에 있게 되면, 펄스 신장기(110) 출력은 로우가 된다. 인버터(122)는 이 천이를 반전시키고 래치(126)를 리세트한다. 이에 의해 2-속도 클럭이 낮은 반휴면 모드 속도로 변경된다. 펄스 신장기(110) 출력은 또한 인버터(114)에 의해 반전되어 단일 쇼트(116)로 인가되는데, 단일 쇼트(116)는 짧은 펄스를 발생시킨다. 지연기(118)를 통과한 후, 단일 쇼트(116) 펄스는 래치(112)를 리세트 하여 전압 조정기(128)가 소스-대-바디 바이어스 전압을 증가시키게 한다. 이것은 Vdd보다 소정의 양만큼 큰 전압 Vt_p를 p 채널 디바이스의 바디에 제공하고 VSS보다 소정의 양만큼 작은 전압 Vt_n을 n 채널 디바이스의 바디에 제공함으로써 바람직하게 수행된다. 예를 들어, Vdd보다 300 mV 높은 Vt_p를 p 채널 디바이스에 인가하면 -300 mV의 VSB가 생성된다. VSS보다 300 mV 낮은 Vt_n을 n 채널 디바이스에 인가하면 300 mV인 VSB가 생성된다.When circuit 102 is inactive for a predetermined time, pulse stretcher 110 output goes low. Inverter 122 reverses this transition and resets latch 126. This changes the two-speed clock to a lower half-sleep mode speed. The pulse stretcher 110 output is also inverted by the inverter 114 and applied to a single shot 116, which generates a short pulse. After passing through delay 118, a single short 116 pulse resets latch 112, causing voltage regulator 128 to increase the source-to-body bias voltage. This is preferably done by providing a voltage V t_p to the body of the p-channel device by a predetermined amount greater than V dd and a voltage V t_n to a body of the n-channel device by a predetermined amount less than V SS . For example, applying V t_p , 300 mV higher than V dd , to a p channel device produces V SB of -300 mV. Applying V t_n , 300 mV lower than V SS , to the n-channel device produces V SB of 300 mV.
지연기(118)는 2-속도 클럭(130) 출력이 낮은 속도에서 안정화된 후에야 소스-대-바디 바이어스가 증가되는 것이 보장되도록 바람직하게 제공된다. 이것은 소스-대-바디 바이어스를 증가시키면 스레드홀드 전압이 증가하여 디바이스가 저속화되기 때문에 수행되는 것이다. 2-속도 클럭(130)이 낮은 속도에서 안정화된 후에만 소스-대-바디 바이어스가 증가되도록 함으로써 성능이 저하된 트랜지스터가 높은 속도의 클럭으로 동작할 필요가 없게 된다. 단일 쇼트(124)는 바람직하게 지연 경로에 포함되어 펄스 신장기(110)로부터의 후속 펄스와 간섭하지 않을 잘 정의된 짧은 세트 펄스를 래치(126)에 제공한다.Delay 118 is preferably provided to ensure that the source-to-body bias is increased only after the two-speed clock 130 output has stabilized at a low rate. This is done because increasing the source-to-body bias increases the threadhold voltage and slows the device down. The source-to-body bias is increased only after the two-speed clock 130 has stabilized at low speeds, thereby eliminating the need for transistors with degraded performance to operate at high speed clocks. The single short 124 is preferably included in the delay path to provide the latch 126 with a well defined short set pulse that will not interfere with subsequent pulses from the pulse stretcher 110.
따라서, 활성 상태가 회로(102) 내에서 감지되면, 회로(102)는 소스-대-바디 바이어스를 0으로 변경한 후, 동작 클럭 속도를 정규의 정상 속도로 변경함으로써 반휴면 모드로부터 빠져나온다. 회로(102)가 소정의 시간 동안 비활성이면, 동작 클럭 속도가 저하된 후 소스-대-바디 바이어스는 증가되어 서브-스레드홀드 전류를 감소시킨다.Thus, if an active state is detected within circuit 102, circuit 102 exits the half-sleep mode by changing the source-to-body bias to zero and then changing the operating clock speed to a normal normal speed. If the circuit 102 is inactive for a predetermined time, the source-to-body bias is increased after the operating clock speed is lowered to reduce the sub-threaded current.
도 4를 참조하면, 반도체 기판(402) 내에 형성된 n 채널 트랜지스터(404) 및 p 채널 트랜지스터(406)의 단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 트랜지스터의 소스-대-바디 바이어스는 바디 콘택트를 사용하여 증가된다. 구체적으로, n 채널 트랜지스터의 소스-대-바디 바이어스는 콘택트(410)와 같은 콘택트를 이용하여 n 채널 디바이스의 바디에 전압 Vt_n을 인가함으로써 증가된다. 전술한 바와 같이, 이것은 콘택트(412)와 같은 n 채널 소스 콘택트에 인가된 VSS보다 낮은 전압 Vt_n을 바디 콘택트에 인가함으로써 바람직하게 수행된다. 이와 유사하게, p 채널 트랜지스터의 소스-대-바디 바이어스는 콘택트(420)와 같은 바디 콘택트를 사용하여 p 채널 디바이스의 바디에 전압 Vt_p를 인가함으로써 증가된다. 전술한 바와 같이, 이것은 콘택트(422)와 같은 p 채널 소스 콘택트에 인가되는 Vdd보다 높은 전압 Vt_p를 바디 콘택트에 인가함으로써 바람직하게 수행된다.Referring to FIG. 4, cross-sectional views of an n-channel transistor 404 and a p-channel transistor 406 formed in a semiconductor substrate 402 are shown. In a preferred embodiment of the invention, the source-to-body bias of the transistor is increased using body contacts. Specifically, the source-to-body bias of the n channel transistor is increased by applying a voltage V t_n to the body of the n channel device using a contact such as contact 410. As mentioned above, this is preferably done by applying a voltage V t_n lower than V SS applied to the n-channel source contact, such as contact 412, to the body contact. Similarly, the source-to-body bias of the p channel transistor is increased by applying a voltage V t_p to the body of the p channel device using a body contact such as contact 420. As mentioned above, this is preferably done by applying a voltage V t_p higher than V dd applied to the p-channel source contact, such as contact 422, to the body contact.
트랜지스터가 정상 모드에서 동작할 때, 콘택트(410)에 인가되는Vt_n은 VSS로 설정되고 콘택트(420)에 인가되는 Vt_p는 Vdd로 설정되어, 소스-대-바디 바이어스가 0이 된다.When the transistor is operating in normal mode, V t_n applied to contact 410 is set to V SS and V t_p applied to contact 420 is set to V dd , resulting in a source-to-body bias of zero. .
본 발명의 바람직한 실시예는 표준 CMOS 기술에 용이하게 구현될 수 있는 장점을 갖는다는 것을 이해해야 할 것이다. 구체적으로, 대부분의 종래의 CMOS 기술에 있어서, 모든 n 채널 트랜지스터 소스 및 바디는 함께 Vss에 연결되어 있다. 마찬가지로 모든 p 채널 트랜지스터 소스 및 바디는 함께 Vdd에 연결되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예를 구현하기 위해, 모든 n 채널 소스가 함께 VSS에 연결된 상태를 유지하고 모든 n 채널 바디는 함께 Vt_n에 연결될 수 있다. 마찬가지로, p 채널 소스 모두가 함께 Vdd에 연결된 상태를 유지하며 모든 p 채널 바디는 함께 Vt_p에 연결될 수 있다. 따라서, 모든 n 채널 트랜지스터 바디의 바이어스는 함께 조정되고 모든 p 채널 트랜지스터 바디의 바이어스도 함께 조정된다. 이에 따라 개별적인 트랜지스터 문턱값 조정이 요구되어 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator: SOI) 기법에서 발견될 수 있는 것과 같은 격리된 바디 구조를 필요로 하는 다른 기법과는 반대로 표준 CMOS 기법을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구현할 수 있게 된다.It will be appreciated that the preferred embodiment of the present invention has the advantage of being easily implemented in standard CMOS technology. Specifically, in most conventional CMOS technologies, all n-channel transistor sources and bodies are connected to Vss together. Likewise, all p-channel transistor sources and bodies are connected together at V dd . To implement a preferred embodiment of the present invention, all n channel sources remain connected to V SS together and all n channel bodies can be connected together to V t_n . Likewise, all of the p channel sources remain connected to V dd together and all p channel bodies can be connected together to V t_p . Thus, the bias of all n-channel transistor bodies is adjusted together and the bias of all p-channel transistor bodies is adjusted together. This requires the use of standard CMOS techniques as opposed to other techniques that require separate transistor threshold adjustments and require isolated body structures such as those found in silicon-on-insulator (SOI) techniques. It will be possible to implement a preferred embodiment of the present invention.
물론 다른 실시예에 있어서는, 칩 상의 다수의 디바이스의 일부분에 대해서만 소스-대-바디 바이어스를 조정하는 게 바람직할 수도 있다. 이 경우에, 반휴면 모드로 들어갈 부분을 칩의 나머지 부분으로부터 격리시키기 위한 메커니즘이 필요할 것이다. 이것은 어떠한 유형의 SOI 기법을 이용해서도 구현할 수 있다. 또한, 이것은 다수의 웰(well) 내에 형성된 벌크(bulk) CMOS를 이용하여 달성될 수 있다. 이와 같은 구현의 예는 1997년 5월 30일에 출원되어 계류 중인 "Method of Forming Self-Aligned Halo-Isolated Wells"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 08/866,674호에 개시되어 있으며, 이출원은 IBM(International Business Machines Corporation)사에 양도되어 있고 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 이 특허 출원은 자기 정렬 이중 웰 구조를 형성하기 위한 방법을 개시하고 있으며, 디바이스의 일부분만이 반휴면 모드로 들어갈 필요가 있는 경우에 본 발명을 구현하는데 이용될 수 있다. 통상적으로, CMOS 기법은 기판이 구분되지 않으면 공통 기판 전압을 공유할 트랜지스터를 격리하는데 따른 어려움 때문에 기판 구분형 응용예에 이용될 수 없었다. 그러나, 전술한 특허 출원에서 제공된 해법을 이용하면 신규한 본원 발명에 대한 구현이 이루어질 수 있다.Of course, in other embodiments, it may be desirable to adjust the source-to-body bias for only a portion of the multiple devices on the chip. In this case, a mechanism will be needed to isolate the portion that will enter half-sleep mode from the rest of the chip. This can be implemented using any type of SOI technique. In addition, this may be accomplished using bulk CMOS formed in multiple wells. An example of such an implementation is disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 866,674, entitled "Method of Forming Self-Aligned Halo-Isolated Wells," filed May 30, 1997, which is incorporated by IBM in International Business Machines Corporation, which is hereby incorporated by reference. This patent application discloses a method for forming a self-aligned double well structure, which can be used to implement the present invention when only a portion of the device needs to enter a half dormant mode. Typically, CMOS techniques could not be used in substrate-divided applications because of the difficulty of isolating transistors that would share a common substrate voltage if the substrates were not separated. However, using the solutions provided in the aforementioned patent applications, implementations of the novel invention can be made.
본 발명의 특정한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상과 범주 내에서 형태 및 세부 사항에 대해 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 도면에서 다양한 도전체를 단일 라인으로서 도시하고 있으나 이들 도전체를 제한적 의미에서 그렇게 도시한 것이 아니며, 당업자에게 당연한 바와같이 이들 도전체가 다수의 도전체를 포함할 수 있는 것 또한 이해할 수 있을 것이다. 또한, 당업자는 본 발명이 다른 격리 기법(예를 들어 LOCOS, 요부형 산화물(Recessed Oxide: ROX) 등), 웰 및 기판 기법, 도펀트 유형, 에너지 및 종(species)에 대해서도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 사상이 다른 반도체 기술(예를 들면 BiCMOS, 바이폴라, SOI, 실리콘 게르마늄(SiGe))에도 적용 가능하다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.While the invention has been described and described in detail with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will recognize that various modifications may be made to form and detail within the spirit and scope of the invention. Also, although various conductors are shown in the figures as a single line, they are not so shown in a limited sense, and it will also be understood that these conductors may include multiple conductors as would be apparent to one skilled in the art. Those skilled in the art will also appreciate that the present invention can be applied to other isolation techniques (e.g. LOCOS, recessed oxide (ROX), etc.), well and substrate techniques, dopant types, energy and species. There will be. It will also be appreciated that the spirit of the present invention is applicable to other semiconductor technologies (eg BiCMOS, bipolar, SOI, silicon germanium (SiGe)).
본 발명에 따르면, 반도체 디바이스에 있어서, 비활성 주기 동안 디바이스 또는 디바이스의 일부를 반휴면 모드에 들어가게 함으로써 정상 기능을 유지하면서도 전력 소비를 줄이되, 필요할 경우 즉각적으로 반응하는 능력을 보유하여 정상 동작 속도로 신속히 되돌아 갈 수 있는 전력 소비 절감 장치 및 방법이 제공된다.According to the present invention, in a semiconductor device, during a period of inactivity, the device or part of the device enters a half-sleep mode, thereby reducing power consumption while maintaining normal functioning, but having the ability to react immediately if necessary, to quickly operate at a normal operating speed. An apparatus and method for reducing power consumption are provided.
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